효소가수분해 도계부산물의 급여가 육계의 생산성 및 혈액 생화학적 특성에 미치는 영향

가수분해도의 측정은 SDS-PAGE(sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis)와 MALDI-TOF (matrix-assisted laser desorption ionization - time of flight mass spectrometry) 분석을 이용하여 확인하였다. SDS-PAGE는 도계부산물과 가수분해 도계부산물 구성 분자의 크기 비교를 위하여 다음과 같은 방법으로 수행하였다. 시료들을 증류수로 희석을 하여 45분간 shaking하고, 10,000 rpm에서 5분간 원심분리하였다. Loading buffer 1 mL와2-mercaptomethanol 0.2 mL을 넣고 혼합한 후, 원심분리한 시료 100 μL를 tube에 담아 loading buffer 100 μL와 혼합하였다. Thermobath를 100°C로 설정 후 샘플을 1분간 넣어 단백질을 변성시키고, 샘플을 SDS-PAGE frame(resolving gel, 10%)의 각 레일에 5 μL씩 주입하여 전기영동을 걸어 확인하였다.

MALDI-TOF 분석을 통한 분자량 측정은 가수분해 도계부산물 50 mg을 초정제수 1 mL에 넣어 약 5분간 vortex를 시킨 후 24시간 정치시켜 insoluble material이 충분히 가라앉게 기다리고, 위에 남은 상등액만을 옮겨 DW(0.3% TFA)로 2배 희석했다. 희석한 액 40 μL를 ZipTip C18을 이용하여 desalting을 수행하고, ZipTip C18에서 용출된 용액은 Speed Vac을 통하여 건조한 후 20 μL의 DW(0.3% TFA)로 재용해 후 측정을 시도하였다.

실험 개시 후 체중은 1주일 단위로 측정하여 증체량을 구하였다. 1일령과 35일령은 개체별 측정을 하였으며, 7일령, 14일령, 21일령, 28일령은 각 팬별 일괄 측정하여 평균을 산출하였다. 사료섭취량은 매주 총 사료 급여량에서 사료 잔량을 공제하여 구하였으며, 사료요구율은 사료섭취량을 증체량으로 나누어 계산하였다.

5주 실험 종료 후, 각 처리구당 25수씩 총 75수를 선발하여 익하정맥에서 채취한 혈액에서 혈청을 분리해 자동 혈액 분석기(AU480 Chemistry Analyzer, Beckman Coulter Inc., CA, USA)를 이용해 생화학 성분(total protein, albumin, globulin, total bilirubin, glucose, blood urea nitrogen, creatinine, aspartate aminotransferase, alanine aminotransferase, alkaline phosphatase)을 분석하였다. 채혈을 마친 닭들은 도계한 후, 근위, 간, 심장, 비장 및 F낭을 채취하여 무게를 측정하고, g/100 g BW로 환산하였다.

SDS-PAGE 분석으로 가수분해 도계부산물(EHPBM)과 도계부산물(PBM)의 분자량을 비교하였다(Fig. 1). 도계부산물 구성 성분의 분자량은 큰 분자량 위주의 크기 별로 분산되어 있는 것에 반하여 가수분해 도계부산물 구성 성분의 분자량은 대부분 10 kDa(kilo dalton) 이하인 것으로 나타났다. 이는 도계부산물 구성 성분들이 가수분해 반응을 통해 저분자화 된 것으로 볼 수 있다. 이를 더 명확하게 판단하기 위해 실행한 가수분해 도계부산물의 MALDI-TOF 분석에서 분자량의 크기가 9.7 kDa, 7.7 kDa, 4.6 kDa, 2.5 kDa 및 그 이하에서 피크를 나타냈다(Fig. 2). 이 결과들로 가수분해 도계부산물의 가수분해가 잘 이루어졌음이 확인되었다.

Fig. 1. SDS-PAGE of EHPBM (enzyme-hydrolyzed poultry by-product meal) and PBM (poultry by-product meal).

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Fig. 2. MALDI-TOF of EHPBM(enzyme-hydrolyzed poultry by-product meal). Mode of operation:Linear/Reflector, Extraction mode:Delayed, Polarity:Positive, Acquisition control: Manual, Accelerating voltage: 25,000 V/20,000 V, Grid voltage:93%/90%, Guide wire 0:0.05%, Extraction delay time:575nsec, Acquisition mass range:Variable, Number of laser shots:800/spectrum, Laser intensity:2091∼2781, Laser Rep Rate:20.0 Hz, Calibration type:Cal Mix2,3, Calibration matrix:Sinapinic acid/CHCA, Low mass gate:4000Da/20Da, Instrument name:Ultraflex III.

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1일령∼35일령 육계의 처리구별 증체량, 사료섭취량 및 사료요구율은 Table 3에, 주령별 체중과 성장률은 Fig. 3에 나타내었다. 대두박(SBM), 도계부산물(PBM), 가수분해 도계부산물(EHPBM)을 각각 급여받은 육계들은 사료섭취량과 증체량에서 처리구간에 유의적인 차이를 보였다(P<0.05). 35일간 증체량은 가수분해 도계부산물 처리구(1,853±125.60 g)에서 도계부산물 처리구(1,723±76.81 g)와 대두박 처리구(1,545±62.31 g)에서보다 높았다(P<0.05). 동물성 단백질을 급여한 선행 연구들과 비교하여 보면, Bovera et al.(2016)이 대두박을 갈색거저리(Tenebrio molitor) 애벌레로 대체한 실험에서 30∼60일령까지의 육계에 급이하였을 때 일당증체량이 약 5.7% 개선되었다는 결과와, Cullere et al.(2016)이 대두박을 동애등에(Black soldier fly)로 일부 대체한 실험에서 1∼28일령까지의 육계에 급이하였을 때 일당증체량이 약 1.8% 개선되었다는 결과와 유사하였다. 또한 Ojewola et al.(2005)이 수행한 실험에서 식물성 단백질 처리구보다 어분 및 어류부산물을 급이한 처리구의 일당증체량과 사료요구율이 개선된 결과, 그리고 대두박 및 채종박을 단백질원으로 급여한 대조구에 비해 어분을 주요 단백질원으로 급여한 처리구에서 사료섭취량 및 증체량이 높았던 Hossain et al.(2013)의 결과와도 유사하였다. Mahmood et al.(2017)은 도계부산물에 단백질 분해효소(exogenous protease)를 첨가 급여한 육계 사양실험에서 대조구에 비해 사료섭취량과 증체량이 유의적으로 증가하였다고 보고하였다. 이들 연구에서 나타난 생산성 향상은 동물성 단백질원의 우수한 아미노산 조성 및 소화율에 기인하기도 하지만, 육계가 식물성 단백질보다 동물성 단백질 원료에 더 높은 기호성을 보이므로 인한 사료섭취량 증가도 영향을 미친 것으로 사료된다. Bhuiyan et al.(2012)은 동물성 단백질 사료와 식물성 단백질 사료를 선택 채식하도록 한 choice feeding 실험에서 육계들이 동물성 단백질 사료에 유의적으로 높은 선호도를 나타냈다고 보고하였으나, 명확한 이유를 제시하지는 못하였다.

Fig. 3. Effect of various protein sources on body weight and growth of broiler for 35 days. SBM: soybean meal, PBM: poultry by-product meal, EHPBM: enzyme-hydrolyzed poultry by-product meal.

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사료요구율은 대두박과 도계부산물 처리구에서 각각 1.653±0.056, 1.674±0.072로 가수분해 도계부산물 처리구(1.740±0.104)보다 유의적으로 낮은 수치를 보였다(P<0.05). 그러나 실험 전기간 동안의 증체량 차이, 그리고 체중 증가에 따른 사료요구율 상승을 모두 고려하면 도계부산물 및 가수분해 도계부산물이 대두박에 비해 사료효율적 관점에서는 다소 떨어지나, 전체적인 생산성 측면에서는 긍정적인 결과를 나타냈다고 볼 수 있다.

이러한 결과는 동물성 단백질이 식물성 단백질보다 육계의 생산성 향상에 효과적임을 재차 확인한 것이며, 가수분해 반응으로 저분자화 된 단백질이 육계의 체내에서 보다 효율적으로 이용될 수 있음을 보여준 것이라 할 수 있을 것이다. 이는 가수분해 반응으로 사전 소화가 이루어져 소화과정 중에 소비되는 에너지가 절약된 점, 소장에서의 빠른 흡수로 원활한 아미노산 공급 및 저분자 펩타이드의 선택적 흡수 등 복합적인 원인에 의한 결과로 사료된다.

장기의 무게는 F낭을 제외하고 처리구간에 유의적인 차이를 보이지 않았다(Table 4). 이는 Ojewola et al.(2005)이 식물성 단백질 처리구와 동물성 단백질인 어분 및 어류부산물을 급이한 처리구를 비교한 연구에서 전위, 근위, 간 및 심장 무게 차이에 유의성이 없었던 결과와 유사하다. 면역기능과 관련이 있는 것으로 알려진 F낭 무게는 대두박 처리구(SBM)에서 가장 높았고, 도계부산물 처리구(PBM)에서 가장 낮게 나타났다(P<0.05). Ahmed et al.(2020)은 대두박과 채종박을 단백질원으로 급여한 육계 실험에서 대두박 급여구가 채종박 급여구에 비해 F낭 무게가 유의적으로 증가하였다고 보고하였다. 한편, Rabie et al.(2015)의 연구에서는 육계 사료 내 대두박의 20%를 채종박으로 대체하였을 때 F낭 크기가 32% 증가하였다고 보고하였다. 본 실험 결과에서도 처리구간에 유의차가 나타나긴 하였으나, 단백질 공급원과 F낭 무게 차이의 정확한 상관관계를 파악하거나, 측정된 수치만으로 면역력에 영향을 미쳤는지 여부를 판단하기는 어렵다고 사료된다.

시험 종료 시 채취한 혈액의 혈청 생화학적 특성은 Table 5에 나타내었다. 혈청 성분 중 총단백질(TP), 혈중요소질소(BUN), 알라닌아미노전달효소(ALT), 글로불린(GLO)은 처리구간에 유의적인 차이가 없었다. 알부민(ALB) 함량과 혈당량(GLU)은 대두박 처리구(SBM)에서 유의적으로 높게 나타났고, 총빌리루빈(T.Bil)은 도계부산물 처리구(PBM)에서 높게 나타났다(P<0.05). Choe et al.(2013)의 연구에서는 육계 사료 내 조단백질의 함량이 높아짐에 따라 혈청 총단백질과 알부민의 함량이 높아지고, 사료 내 에너지가가 높아짐에 따라 총단백질과 혈당량이 높아지는 결과를 보였었다. 본 실험의 혈액 분석으로 저분자 단백질의 이용률과 흡수율이 뛰어나 같은 조단백질 함량으로 급여하여도 높은 조단백질의 사료를 급여하였을 시 나타나는 혈액 특성이 확인되기를 기대하였으나 의미 있는 결과를 얻지는 못하였고, 후속연구를 통해 재확인이 필요할 것으로 생각된다. 아스파르테이트아미노전달효소(AST)와 알칼리포스파타제(ALP)는 가수분해 도계부산물 처리구(EHPBM)와 도계부산물 처리구(PBM)에서 높게 측정되었다(P<0.05). 이는 대두박 처리구에 비하여 도계부산물 처리구에서 보다 빠른 성장으로 인해 신진대사가 증가하고, 간 기능에 다소 부담을 주었기 때문인 것으로 사료되나, 폐사 또는 질병 발생이 나타나지 않은 것으로 보아, 대사에 심각한 부정적 영향은 없었던 것으로 판단된다. 갈색거저리를 육계 사료에 첨가 급여한 Kim et al.(2014)의 연구에서도 대조구에 비해 높은 증체율과 함께 높은 GOT(AST)를 나타낸 것으로 보고되었다.

이상의 결과들을 종합할 때, 가수분해 도계부산물은 대두박 및 도계부산물 등의 단백질 원료를 대체 가능하고, 육계의 생산성 향상에 효과적인 것으로 사료된다. 다만 예전부터 문제가 되어왔던 동물성 단백질 원료의 품질 변이와 상대적으로 높은 가격 등으로 인해 기존의 식물성 단백질을 완전히 대체하기 위해서는 아직 해결해야 할 과제가 남아 있다. 따라서 경제성과 생산성을 모두 고려하면서 관행적인 식물성 단백질 공급원의 일부를 대체하거나 또는 첨가하는 방식으로 사료 시장에 적용이 가능할 것으로 판단된다. 또한 고급 단백질원의 수요 증가 및 악취 저감 등 환경적인 요인으로 인하여 시장의 요구가 확대되었을 시에는 기존 원료의 현실적인 대체 방안으로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.